有关高速动车组牵引系统的论述

有关高速动车组牵引系统的论述

摘要：高速动车组构造速度飞快，其能够满足高密度、长距离的运输需求。在

动车组构建系统中，电力功率、成本及可靠性作为动车组的原动力，其对高速动

车组的安全稳定运行有十分重要影响。本文对高速动车组的牵引系统进行研究分析，旨在为动车系统设计提出指导性建议。

关键词：高速动车组牵引系统论述研究

前言：动车牵引系统主要经历了蒸汽、内燃和电力发展阶段，现阶段的高速

动车组采用电力牵引系统，其所应用的交流传动模式具有较强的牵引功能，且体

积较小、抗干扰性较强、重量较强、牵引功率大，机械性能较好，可以有效减少

动车运行时产生的火花和转向器等问题，实现平滑调速，对高速动车发展具有很

高的应用价值。牵引系统设计其在多个领域被广泛应用，如：控制技术以及电力

电子等，其能够跨越学科，发挥作用价值。因此，深入研究高速动车组牵引系统

设计十分必要。

一、高速动车组牵引技术要求分析

高速动车组牵引系统主要涵盖以下几方面技术：其试验速度最高可达

550km/h，运行速度最高可达450km/h，剩余加速度可达0.05m/s2，平均加速度

为0.5m/s2，整体动车组的质量约为900t。

二、牵引系统参数计算方式

1.牵引系统功率计算方式

高速动车组牵引系统速度计算主要与系统功率和牵引力有关，其中，牵引力

计算方法为

F=W(1+?)ɑ+R(kN)

在公式中，高速动车组质量为F，其运行阻力为r，惯性质量的系数为?，剩余加

速度为ɑ。结合计算公式，对系统参数进行合理的运算，可以计算出牵引系统所

需牵引力的数值，且动车组质量越小，所需要的牵引力也越小[1]。

如：某量高速动车组有16辆编组，其整体质量为900t，按照高速动车组的传动

设计方式，其齿轮的传动效率是0.95，结合公式可以计算出系统牵引总功率以及

相关参数，如下所示。

2.确定系统的动拖比

在明确动拖比过程中，需要结合高速动车组牵引系统在运行过程中所遇到的

工况问题以及编组运行过程中遇到的阻力增减问题，牵引系统的牵引功率需增加

富余量，使其确定牵引功率为25000kW，从而满足高速动车组的安全稳定需求。

对于不同的牵引单元，其对变压器、电机以及变流器功率要求也有所不同。结合

本文的设计方案，牵引力以及牵引功率所计算出的总功率为25000kW，通过动力

单元配置的计算。

结合计算结果可知：若采用的牵引单元在7个以下，则其功能部件所要求的功率

较高，且牵引电机、变压器以及变流器所输出功率会导致大量负荷的出现，使设

备安装轴重及空间增加。因此，高速动车组牵引单元应设置在8个以上，其每台

的牵引功率在390kW以上，在8个基本动力单元中，每个单元都是由2个变流器、1台变压器以及8台电机所构成的。

3.确定启动牵引力和传动比

结合本次设计高速动车组在0-300的平均加速度为0.5m/s2，要求单台电机的

牵引功率条件为390kW，应用牵引系统启动的能力，采用恒力矩的启动方式计算

整体动车组的牵引特征，在启动初期阶段采用0-50km/h的恒力矩，在50-

200km/h阶段，线性力矩开始下降，在200km/h之后进入到恒公区，利用牵引曲

线来计算，该高速动车组能够达到0-300km/h且平均加速度0.5m/s2的性能要求[2]。

在动车组的速度提升之后，该牵引电机的轴承会受到高速转速影响，对系统的稳

定运行产生影响。为了使牵引电机的轴承不超过最高允许的转速，可以利用调节

齿轮的传动比方式来降低系统牵引电机轴承的最大承受转速，使牵引电机工作转

速有所下降。结合系统牵引电机工作转速情况，为了保障高速动车组的试验速度

为550km/h，应计算齿轮的传动比，且动车组的齿轮传动比需小于2.385，高速

动车组的齿轮传动比最终确定使2.37.

4.确定系统牵引部件的相关参数

高速动车组牵引系统中，电机转速以及动车组的速度存在一定的对应关系，

如下公式所示：

V=60π*D*n/(2.379*106)

在公式中，动车组速度是V，车轮的直径为D，电机转速是n。结合公式计算，电机电子工作频率最高为18Hz，也就是说主变流器的输出最大频率是218Hz，那

么逆变器输出的最大电压U则为U=U/0.78.

结合本次设计牵引电机的功率为390kW，能够计算出牵引工况时逆变器的输出功

率Pt=(4*390)/0.95=1642kW。整体电流器的输出功率为PC=1642/0.985=1667kW。

脉冲整流器的输出功率为PTR=1667/0.975=1710kW。系统变流器的直流环电压为3100V，则最终逆变器的最大电压确定为2400V，每台牵引电机的额定电流计算

数值约为84A。

三、高速动车牵引系统设计试验研究

按照高速动车组具有16个编组为例，整体编组质量为900t，其传动比为2.370，

系统电机功率为390kW，计算牵引系统牵引能力，其结果表明：在高速动车组运

行速度为400km/h，剩余加速度使0.072m/s2,系统速度在0-300km/h平均加速度

使0.514m/s2时，其计算结果可以满足该高速动车组技术的总体指标和要求。结

合高速动车组实际运行情况，应结合动车的路线以及地域限速、弯道坡道等多方

面问题，结合实际的运行工况来计算系统参数，从而确定系统是否能够满足动车

组的运行要求[3]。

结束语：综上所述，在设计高速动车组牵引系统过程中，需要充分考虑与系统息

息相关的各个组件功能，准确计算出相关系数，确保动车组各个环节满足运行要求，提升动车组运行安全可靠性。通过合理的同设计，能够为高速动车组未来发

展奠定良好基础。

参考文献：

[1] 唐龙.关于高速动车组牵引传动系统的探讨[J].中国战略新兴产业,2018.

[2] 张海鹏.谈高速动车组电力牵引传动控制系统[J].建筑工程技术与设计, 2017.

[3] 龙玉琴,王小刚.高速动车组牵引电机检修监控系统的设计[J].现代经济信息,2017.

[4]一种动车组网侧变流器的动态性能优化控制算法[J]. 张杰,宋文胜,王顺亮,王雨

琦. 电工技术学报. 2015(18).

[5]CRH2与CRH5型动车组网侧变流器的对比分析[J]. 张磊.电气传动自动化.

2015(05).

作者简介：

薛亮（1988.08-），男，吉林省长春市，中车长春轨道客车股份有限公司，技师，研究方向：高铁动车制造及检修。